¿Por qué casi todo el oro del mundo está atrapado en el núcleo de la Tierra?

En uno de los capítulos de mi nuevo libro (guiño, guiño) menciono que la mayor parte del oro que hay en la Tierra está fuera de nuestro alcance porque se encuentra sepultado bajo unos 3.000 kilómetros de roca, en el núcleo metálico del planeta: se estima que esta gigantesca bola de metal incandescente contiene unas 2 millones de billones de toneladas de oro, suficiente para cubrir la superficie terrestre con una capa de unos 20 centímetros de este valioso metal.

Lo sé, lo sé. Y también comentas que todo ese oro llegó ahí porque, al ser un metal tan denso, la mayoría se hundió hacia las profundidades de la Tierra mientras el planeta se estaba formando.

Así es, voz cursiva.

Pues no lo entiendo. ¿Para qué escribes esta entrada, si ya explicas esto en el libro?

Porque me quedé con las ganas de ahondar un poco más en el tema. Al fin y al cabo, menciono este dato por encima en un capítulo dedicado a otra cosa y no entré en más detalles para no liar la perdiz. Pero, si la densidad fuera el único factor que provoca que los elementos se hundan hacia el núcleo del planeta, ¿por qué la mayor parte del uranio está concentrado en la corteza y el manto terrestre, si es un metal casi tan denso como el oro? ¿Por qué no se hundió también hasta el núcleo mientras la Tierra se formaba?

Hm… Bueno… Imagino que… Eh…

Efectivamente: la distribución de los elementos a lo largo de las diferentes capas de la Tierra es más compleja de lo que parece a primera vista. Me explico.

Una de las pistas que indican que la Tierra posee un núcleo metálico son unos meteoritos llamados condritas ordinarias. Estos meteoritos son el material que cae con más frecuencia sobre nuestro planeta, provienen del cinturón de asteroides y su interior tiene este aspecto:

Como veis, se trata de una matriz rocosa (compuesta principalmente por silicatos) repleta de incrustaciones metálicas (una aleación de hierro y níquel con trazas de otros elementos). Pues, bien, resulta que este es el material que dio lugar a los planetas rocosos de nuestro sistema solar.

Hace 4.600 millones de años, el sol estaba rodeado por una nube de gas y polvo repleta de fragmentos de metal y roca como este que chocaban y se unían entre ellos, formando objetos cada vez más grandes. Algunos de esos mazacotes acumularon tanta masa que llegaron a convertirse en cuerpos de tamaño planetario, pero, curiosamente, los que se encontraban entre Marte y Júpiter se quedaron a medio camino porque el intenso campo gravitatorio de este último frenó su crecimiento. Este es el motivo por el que existe el llamado cinturón de asteroides entre estos Marte y Júpiter: se trata de un «anillo» de escombros en el que residen millones de fragmentos de material que no llegaron a unirse para formar un cuerpo celeste más grande.

Espera, espera… Si la Tierra se formó a partir de esas masas de roca y metal, ¿por qué yo no veo virutas metálicas en las piedras que me encuentro por el campo?

Muy buena pregunta, voz cursiva.

Mientras la Tierra tomaba forma, la energía liberada tanto por los meteoritos que impactaban contra su superficie como por los elementos radiactivos que se desintegraban en su interior llegaron a incrementar la temperatura del planeta hasta unos 2.000ºC. Como resultado, existió una época en la que la mayor parte de la masa de la Tierra estaba fundida y los todas esas virutas de metal denso que llegaron a bordo de las condritas se hundieron a través de la masa rocosa líquida más ligera por su propio peso, como si fueran piedras en el agua. O sea, que la razón por la que no vemos esas virutas metálicas en las rocas de la superficie terrestre actual es que casi todo el metal se hundió hacia las profundidades de nuestro planeta en el pasado remoto.

Por cierto, aprovecho para señalar que esto no son meras conjeturas: la presencia de un núcleo metálico y denso se ha confirmado gracias al estudio de la propagación de las ondas sísmicas a través de nuestro planeta (como expliqué en esta entrada) y su existencia explica por qué la densidad global de la Tierra es mucho más alta que la de las rocas de la corteza terrestre y el manto.

Vale, entendido. ¿Y por qué decías que esta explicación que acabas de mencionar está incompleta?

Porque la densidad de cada elemento químico individual no es lo que determinó cuáles acabaron hundiéndose hacia el núcleo y cuáles no. En realidad, lo importante era la densidad de los compuestos que formó cada uno de esos elementos al reaccionar con las sustancias que le rodeaban cuando la Tierra tomaba forma.

Me explico.

Desde un punto de vista geoquímico, los elementos de la tabla periódica se pueden clasificar en tres grupos en función de la tendencia que tenían de combinarse con el oxígeno, el azufre o el hierro mientras la Tierra se estaba formando. Los elementos que reaccionaban de manera preferencial con el oxígeno o el azufre reciben el nombre de litófilos y calcófilos y dieron lugar a las sustancias «rocosas» que encontramos en la corteza y el manto terrestre. En cambio, los elementos siderófilos son los que se disolvían con facilidad en el hierro fundido y son abundantes en el núcleo del planeta.

Pues, bien, debido a esta afinidad de cada elemento por el oxígeno, el azufre o el hierro, la Tierra acabó dividida en tres capas diferentes formadas por materiales que no se mezclaban entre ellos y que la gravedad ordenó según su densidad: una capa externa llena de óxidos ligeros de los elementos litófilos, una capa inferior ocupada por los sulfuros un poco más densos de los calcófilos y, en el fondo del todo, la mezcla metálica y densa de elementos siderófilos… Entre los que, por supuesto, se encontraba el oro.

O sea, que, aunque la gravedad jugó un papel fundamental a la hora de distribuir los elementos químicos en el interior de la Tierra, su distribución en el interior del planeta acabó dependiendo de la densidad de los compuestos químicos que producían al reaccionar con los demás, no de su densidad propia propia. De ahí que muchos elementos más densos que el hierro, como el plomo o el uranio, no acabaran siendo arrastrados hacia el núcleo del planeta.

Ahora bien, conviene señalar que esta explicación está inmensamente simplificada y que nuestro planeta no acabó divido en tres capas perfectamente delimitadas y con un grosor similar, como en la imagen anterior.

Por ejemplo, la Tierra primigenia no tenía una composición homogénea y albergaba cantidades muy diferentes de cada elemento. Además, las interacciones entre los óxidos, los sulfuros y las disoluciones metálicas eran muy complejas porque cómo de litófilo, calcófilo o siderófilo es un elemento a menudo depende de la temperatura. Por ejemplo, el uranio tiende a combinarse con el oxígeno y formar dióxido de uranio, pero esta sustancia se vuelve soluble en el hierro fundido a temperaturas superiores a los 3.400ºC. Por tanto, aunque parezca que el uranio debería estar concentrado en la fracción rocosa del planeta, es posible que una cantidad considerable del que hay en las partes más profundas y calientes del manto acabara hundiéndose hacia el núcleo.

Por si esto fuera poco, a lo largo de la historia de nuestro planeta han tenido lugar eventos que han alterado las proporciones originales de cada elemento en las diferentes capas de la Tierra. Uno de ellos es el impacto de un cuerpo del tamaño de Marte que lanzó al espacio el material que terminó formando la Luna. Al parecer, este impacto fue lo bastante energético como para vaporizar parte del azufre del manto terrestre y permitir que escapara al espacio. Como resultado, parece que el 90% del azufre del planeta está concentrado en el núcleo, cuando, a primera vista, debería ser más abundante en el manto y la superficie. Y, por último, también hay que tener en cuenta que los procesos geológicos como la actividad tectónica o la circulación de fluidos hidrotermales han traído elementos del manto terrestre hasta la corteza, enriqueciendo ciertas zonas del planeta con este elemento.

En definitiva, la distribución actual de cada elemento químico a lo largo del volumen del planeta es un resultado de un proceso muy complejo en el que están involucrados muchos factores. Aun así, espero que esta entrada os haya dado una idea general sobre por qué ciertos elementos son más escasos en la superficie terrestre que otros.